(57)【要約】【課題】  特に、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くでき、さらには、強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】  固定磁性層４を構成する第２固定磁性層４ｃ，８ｃの非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６を例えばＣｏＭｎＧｅＣｕで形成する。ＣｏＭｎＧｅＣｕは、ＣｏＭｎＧｅに比べてバルク散乱係数β等を大きくできると考えられ、この結果、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くできる。また強磁性結合磁界Ｈｉｎも小さくすることができる。前記Ｃｕを、０原子％より大きく１７．５原子％以下（平均組成比）だけ加える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層と、を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層あるいは前記フリー磁性層の少なくとも一方は、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層を有し、元素αの組成比ｄは、０原子％より大きく１７．５原子％以下の範囲内であることを特徴とする磁気検出素子。
ただし元素ＸはＣｏ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素であり、元素αは、Ｃｕ及び／またはＮｉであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄは磁性合金層内における平均組成比（原子％）であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％の関係を満たす。
【請求項２】
前記元素αの組成比ｄは、５．０原子％以上で１５．０原子％以下の範囲内である請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記元素αは、前記磁性合金層中で、膜厚方向に向けて組成変調している請求項１または２に記載の磁気検出素子。
【請求項４】
前記元素αは、前記磁性合金層の下面及び上面よりも、膜中に組成比の高い領域が存在する請求項３記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記磁性合金層の下面側から上面側に向けて、元素αの組成比が増加する領域と、減少する領域とが交互に現われる請求項３または４に記載の磁気検出素子。
【請求項６】
組成比ａ：組成比ｂ：組成比ｃは２：１：１である請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記磁性合金層は、（Ｃｏ２ＭｎＧｅ）ｂＣｕｄである請求項６記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記磁性合金層は、少なくとも前記非磁性材料層に接する界面に形成される請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記固定磁性層が第１固定磁性層と、非磁性中間層と第２固定磁性層との積層構造で形成され、前記第２固定磁性層と前記非磁性材料層とは接して形成され、さらに前記第２固定磁性層は、非磁性中間層側磁性層と、非磁性材料層側磁性層とで形成され、前記非磁性材料層側磁性層が、前記磁性合金層で形成される請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性材料層を介して形成された前記フリー磁性層とを有する請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１１】
前記フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の前記非磁性材料層の下に位置する前記固定磁性層を有する請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１２】
一方の前記固定磁性層の上および他方の前記固定磁性層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの前記固定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層を有する請求項１１記載の磁気検出素子。
【請求項１３】
前記固定磁性層、非磁性材料層、及びフリー磁性層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流される請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１４】
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層と、を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層及び／または前記フリー磁性層の少なくとも一部を、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表され、元素αの組成比ｄが、０原子％より大きく１７．５原子％以下の範囲内とされた磁性合金層で形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
ただし元素ＸはＣｏ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素であり、元素αは、Ｃｕ及び／またはＮｉであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄは磁性合金層内における平均組成比（原子％）であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％の関係を満たす。
【請求項１５】
組成式が、Ｘ２ＹＺあるいはＸＹＺで表される複数の磁性層間に、元素αからなる中間層が介在する積層構造を形成して、前記磁性合金層を形成する請求項１４記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記中間層を、１Å〜６Åの範囲内で形成する請求項１５記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１７】
フリー磁性層を、前記磁性層と中間層との積層構造で形成するとき、各磁性層を１０Å〜３５Åで形成し、且つ前記磁性層の層数を３層〜８層とする請求項１５または１６に記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記固定磁性層を、第１固定磁性層と、非磁性中間層と第２固定磁性層との積層構造で形成し、このとき、前記第２固定磁性層と前記非磁性材料層とを接して形成し、さらに前記第２固定磁性層を、非磁性中間層側磁性層と、非磁性材料層側磁性層とで形成し、前記非磁性材料層側磁性層を、前記磁性層と中間層との積層構造からなる磁性合金層で形成するとき、
各磁性層の膜厚を、１０Å〜２０Åで形成し、且つ前記磁性層の層数を２層〜４層で形成する請求項１５ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記磁性層と中間層との積層構造を形成した後、熱処理を施す請求項１５ないし１８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界による磁化方向が変動するフリー磁性層と、を有する磁気検出素子に係り、特に、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くでき、さらには、強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層が積層された多層膜を有して成る磁気検出素子には、前記多層膜に対する電流方向の違いにより、ＣＩＰ（current  in  the  plane）型と、ＣＰＰ（current  perpendicular  to  the  plane）型の２種類が存在する。
【０００３】
ＣＩＰ型磁気検出素子では、前記多層膜に対して膜面と平行な方向に電流が流され、一方、ＣＰＰ型磁気検出素子では、前記多層膜の各層の膜面に対し垂直方向に電流がながされる。
【０００４】
ＣＰＰ型磁気検出素子は、ＣＩＰ型磁気検出素子に比べて素子サイズの狭小化によって再生出力を大きく出来るといった利点があると考えられ、現在、主流のＣＩＰ型磁気検出素子に代わってＣＰＰ型磁気検出素子が今後の更なる高記録密度化に対応できる構造と期待されている。
【０００５】
ところで今後の高記録密度化に向けたＣＰＰ型磁気検出素子の実用化の一つの課題として、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡの向上がある。
【０００６】
以下の特許文献１，２，３は、ＣＰＰ型磁気検出素子において、前記ΔＲＡの向上を図ることを目的としている。
【特許文献１】特開２００３−８１０２号公報
【特許文献２】特開２００２−１５０５１２号公報
【特許文献３】特開２００４−２１４２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１では、例えば磁化固着層（固定磁性層）と、非磁性中間層（非磁性材料層）との間に抵抗調整層を設けている。前記抵抗調整層の材質は特許文献１の請求項６等に挙げられている。また特許文献２では、自由層（フリー磁性層）を薄膜と非磁性層との積層構造にしている。また特許文献３では、固定磁性層やフリー磁性層とは別にハーフメタルを挿入層として設けている。
【０００８】
このように様々な手法にてΔＲＡの向上を図ることは従来から行なわれていたが、いまだ実用化できるほど効果的に、ΔＲＡを向上させる構造は見つかっていない。
【０００９】
しかも、ΔＲＡの向上のみならず、強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることも必要である。
【００１０】
前記強磁性結合磁界Ｈｉｎは、固定磁性層とフリー磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）によるもので、前記強磁性結合磁界が強まると、再生波形の非対称性（アシンメトリー）が大きくなるといった問題等が発生する。
【００１１】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くでき、さらには、強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層と、を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層あるいは前記フリー磁性層の少なくとも一方は、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層を有し、元素αの組成比ｄは、０原子％より大きく１７．５原子％以下の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１３】
ただし元素ＸはＣｏ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素であり、元素αは、Ｃｕ及び／またはＮｉであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄは磁性合金層内における平均組成比（原子％）であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％の関係を満たす。
【００１４】
本発明では、前記固定磁性層あるいは前記フリー磁性層の少なくとも一方に、元素Ｘ，Ｙ，Ｚに、さらにαを、０原子％より大きく１７．５原子％以下（平均組成比）だけ加えた磁性合金層を形成することで、元素Ｘ，Ｙ，Ｚのみで形成された磁性合金層に比べてバルク散乱係数β等を大きくできると考えられ、この結果、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くできる。後述する実験では、前記αの平均組成比を、０原子％より大きく１７．５原子％以下とすることで、前記αを含有しない場合に比べてΔＲＡを向上できることが確認されている。また強磁性結合磁界Ｈｉｎも小さくすることができる。
【００１５】
本発明では、前記元素αの組成比ｄは、５．０原子％以上で１５．０原子％以下の範囲内であることが好ましい。後述する実験によれば、前記元素αの平均組成比を上記範囲内に調整することで非常に高いΔＲＡを得られることが確認されている。
【００１６】
また本発明では、前記元素αは、前記磁性合金層中で、膜厚方向に向けて組成変調していることが好ましい。具体的には、前記元素αは、前記磁性合金層の下面及び上面よりも、膜中に組成比の高い領域が存在することが好ましく、また、前記磁性合金層の下面側から上面側に向けて、元素αの組成比が増加する領域と、減少する領域とが交互に現われることが好ましい。このような膜構成であると、元素αの組成比が高い領域で、ダウンスピンが散乱しやすくなり、スピン依存界面散乱が大きくなると考えられ、効果的にΔＲＡを大きく出来ると推測される。ただし本発明では、前記元素αは、前記磁性合金層中に満遍なく拡散されていてもよい。
【００１７】
また本発明では、組成比ａ：組成比ｂ：組成比ｃは２：１：１であることが好ましい。
また、前記磁性合金層は、（Ｃｏ２ＭｎＧｅ）ｂＣｕｄであることが好ましい。
【００１８】
また、前記磁性合金層は、少なくとも前記非磁性材料層に接する界面層に形成されることが好ましい。これにより強磁性結合磁界Ｈｉｎをより適切に小さくすることができる。
【００１９】
また、前記固定磁性層が第１固定磁性層と、非磁性中間層と第２固定磁性層との積層構造で形成され、前記第２固定磁性層と前記非磁性材料層とは接して形成され、さらに前記第２固定磁性層は、非磁性中間層側磁性層と、非磁性材料層側磁性層とで形成され、前記非磁性材料層側磁性層が、前記磁性合金層で形成されることが好ましい。前記固定磁性層は積層フェリ構造と呼ばれる構造で、このような構造であると前記固定磁性層を強固に磁化固定できる。ただし、第１固定磁性層と第２固定磁性層との間でＲＫＫＹ相互作用が効果的に働くようにするために、前記第２固定磁性層を、非磁性中間層側磁性層と、非磁性材料層側磁性層とで形成し、前記第１固定磁性層と、前記非磁性中間層側磁性層とを、ＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成する。一方、前記非磁性材料層側磁性層を、本発明の磁性合金層で形成し、ΔＲＡの向上を図る。
【００２０】
また本発明では、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性材料層を介して形成された前記フリー磁性層とを有する構造に適用できる。
【００２１】
また本発明では、前記フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の前記非磁性材料層の下に位置する前記固定磁性層を有する構造に適用できる。このとき、一方の前記固定磁性層の上および他方の前記固定磁性層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの前記固定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層を有することが好ましい。
【００２２】
また本発明は、前記固定磁性層、非磁性材料層、及びフリー磁性層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ型磁気検出素子に特に効果的である。
【００２３】
また本発明は、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層と、を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層及び／または前記フリー磁性層の少なくとも一部を、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表され、元素αの組成比ｄが、０原子％より大きく１７．５原子％以下の範囲内とされた磁性合金層で形成することを特徴とするものである。
【００２４】
ただし元素ＸはＣｏ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素であり、元素αは、Ｃｕ及び／またはＮｉであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄは磁性合金層内における平均組成比（原子％）であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％の関係を満たす。
【００２５】
上記のように、前記固定磁性層あるいは前記フリー磁性層の少なくとも一方に、元素Ｘ，Ｙ，Ｚに、さらに元素αを０原子％より大きく１７．５原子％以下（平均組成比）だけ加えた磁性合金層を形成することで、元素Ｘ，Ｙ，Ｚのみで形成された磁性合金層に比べてバルク散乱係数β等を大きくできると考えられ、この結果、前記ΔＲＡを高くできる。
【００２６】
本発明では、組成比がＸ２ＹＺまたはＸＹＺで表される複数の磁性層間に、元素αからなる中間層が介在する積層構造を形成して、前記磁性合金層を形成することが好ましい。これにより、特に製造設備を変更することなく簡単な製造方法にて元素αを含む前記磁性合金層を形成できる。
【００２７】
本発明では、前記中間層を、１Å〜６Åの範囲内で形成することが好ましい。また本発明では、フリー磁性層を、前記磁性層と中間層との積層構造で形成するとき、各磁性層を１０Å〜３５Åで形成し、且つ前記磁性層の層数を３層〜８層とすることが好ましい。
【００２８】
また本発明では、前記固定磁性層を、第１固定磁性層と、非磁性中間層と第２固定磁性層との積層構造で形成し、このとき、前記第２固定磁性層と前記非磁性材料層とを接して形成し、さらに前記第２固定磁性層を、非磁性中間層側磁性層と、非磁性材料層側磁性層とで形成し、前記非磁性材料層側磁性層を、前記磁性層と中間層との積層構造からなる磁性合金層で形成するとき、
各磁性層の膜厚を、１０Å〜２０Åで形成し、且つ前記磁性層の層数を２層〜４層で形成することが好ましい。後述する実験結果によれば上記の製造方法により、高いΔＲＡを得ることができ、また強磁性結合磁界Ｈｉｎも小さくすることができることがわかった。
【００２９】
また本発明では、前記磁性層と中間層との積層構造を形成した後、熱処理を施すことが好ましい。これにより前記元素αと、Ｘ２ＹＺまたはＸＹＺで表される磁性層側とが互いに拡散し、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層を適切に形成できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、固定磁性層あるいはフリー磁性層の少なくとも一方に、元素Ｘ，Ｙ，Ｚに、さらにαを、０原子％より大きく１７．５原子％以下（平均組成比）だけ加えた磁性合金層を形成することで、元素Ｘ，Ｙ，Ｚのみで形成された磁性合金層に比べてバルク散乱係数β等を大きくできると考えられ、この結果、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くできる。また強磁性結合磁界Ｈｉｎも小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は本発明の実施形態のＣＰＰ型のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の積層構造を示す模式図である。
【００３２】
このデュアルスピンバルブ型薄膜素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００３３】
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１である。この下地層１の上に、シード層２が設けられる。前記シード層２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。前記シード層２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、前記シード層２をＣｒによって形成すると、前記シード層２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。
【００３４】
なお、下地層１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１は形成されなくともよい。
【００３５】
前記シード層２の上に形成された反強磁性層３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００３６】
これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。
【００３７】
また本発明では、前記反強磁性層３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００３８】
前記反強磁性層３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層４との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層３は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【００３９】
下側固定磁性層４は、第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、第２固定磁性層４ｃからなる多層膜構造で形成される。前記反強磁性層３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる積層フェリ構造と呼ばれ、この構成により下側固定磁性層４の磁化を安定した状態にでき、また前記下側固定磁性層４と反強磁性層３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００４０】
ただし前記下側固定磁性層４は第２固定磁性層４ｃのみから構成され積層フェリ構造で形成されていなくてもよい。
【００４１】
なお前記第１固定磁性層４ａは例えば１５〜３５Å程度で形成され、非磁性中間層４ｂは８Å〜１０Å程度で形成され、第２固定磁性層１４ｃは２０〜６０Å程度で形成される。
【００４２】
第１固定磁性層４ａはＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００４３】
第２固定磁性層４ｃは、非磁性材料層５に接する非磁性材料層側磁性層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２の２層構造として成膜される。
【００４４】
前記固定磁性層４の上に形成された非磁性材料層５は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成されている。Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成された非磁性材料層５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【００４５】
前記非磁性材料層５上にはフリー磁性層６が形成されている。前記フリー磁性層６上には、非磁性材料層７が形成され、材質は上記した前記非磁性材料層５に使用される材質から選択される。前記非磁性材料層７上には上側固定磁性層８が形成されている。前記上側固定磁性層８は、下から、第２固定磁性層８ｃ、非磁性中間層８ｂ及び第１固定磁性層８ａの順で積層された積層フェリ構造である。前記第１固定磁性層８ａ、非磁性中間層８ｂ及び第２固定磁性層８ｃの各材質は、上記した前記第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ及び第２固定磁性層４ｃに使用される材質からそれぞれ選択される。また前記第２固定磁性層８ｃは、前記第２固定磁性層４ｃと同様に、非磁性材料層７に接する非磁性材料層側磁性層８ｃ１と非磁性中間層側磁性層８ｃ２の２層構造として成膜される。また、上側固定磁性層８は第２固定磁性層８ｃのみで構成されていてもよい。
【００４６】
前記上側固定磁性層８上には上側反強磁性層９が形成される。前記上側反強磁性層９の材質は、下側反強磁性層２に使用される材質から選択される。前記上側反強磁性層９上にはＴａ等の保護層１０が形成される。
【００４７】
前記フリー磁性層６はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に磁化されている。一方、固定磁性層４，８を構成する第１固定磁性層４ａ，８ａ及び第２固定磁性層４ｃ，８ｃはハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層４，８は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層４ａ，８ａと第２固定磁性層４ｃ，８ｃはそれぞれ反平行に磁化されている。
【００４８】
本発明における特徴的部分は、固定磁性層４，８を構成する非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６がそれぞれ、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層で形成され、元素αの組成比ｄが、０原子％より大きく１７．５原子％以下の範囲内である点である。
【００４９】
ここで元素ＸはＣｏ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素であり、元素αは、Ｃｕ及び／またはＮｉであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄは磁性合金層内における平均組成比（原子％）であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％の関係を満たしている。
【００５０】
組成式がＸａＹｂＺｃαｄからなる磁性合金層は、例えばＸ２ＹＺ型あるいはＸＹＺ型からなるホイスラー合金に元素αを加えた合金である。前記磁性合金層は、Ｌ２１型の結晶構造であることが好ましい。
【００５１】
非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６がそれぞれ、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層で形成されることで、バルク散乱係数等が大きくなる等と考えられ、この結果、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡ（以下、単にΔＲＡと称する）が大きくなる。また前記固定磁性層４，８と前記フリー磁性層６間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎも小さくすることができる。
【００５２】
一方、非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２は、上記したＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層で形成されず、ＣｏＦｅ合金，ＮｉＦｅ合金，ＣｏＦｅＮｉ合金等の強磁性材料で形成されることが好ましい。前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２は、第１固定磁性層４ａ，８ａとの間で反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）を生じ、前記第１固定磁性層４ａ，８ａ及び第２固定磁性層４ｂ，８ｂを強固に固定し得る役割を有する層であるが、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２が上記したＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層で形成されると前記反強磁性的交換結合磁界が弱まることから、非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２を、ＣｏＦｅ合金，ＮｉＦｅ合金，ＣｏＦｅＮｉ合金等の強磁性材料で形成し、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２と第１固定磁性層４ａ，８ａとの間で強いＲＫＫＹ的相互作用を生じさせる。
【００５３】
前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６を構成する磁性合金層は、以下の組成式で示されるものであることが好ましい。
【００５４】
１．組成式がＣｏａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層。ただし、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１種または２種以上の元素である。
【００５５】
２．組成式がＣｏａＭｎｂＺｃαｄで表される磁性合金層。ただし前記ＺはＳｉ又はＧｅである。
【００５６】
３．組成式がＣｏａＭｎｂＧｅｃαｄで表される磁性合金層。
４．組成式がＣｏａＭｎｂＧｅｃＣｕｄで表される磁性合金層。
【００５７】
平均組成比ａは４０原子％〜５０原子％の範囲内で、平均組成比ｂは２０原子％〜２５原子％の範囲内で、平均組成比ｃは２０原子％〜２５原子％の範囲内で形成されることが好ましい。また本発明では、組成比ａ：組成比ｂ：組成比ｃが２：１：１であることがより好ましい。
【００５８】
Ｘ２ＹＺ型あるいはＸＹＺ型からなるホイスラー合金は、組成によって強磁性を示し、スピン分極率が大きい金属であり、伝導電子のほとんどが、アップスピン電子またはダウンスピン電子のいずれか一方のみからなるハーフメタルである。このため、例えばＣｏ２ＭｎＧｅをフリー磁性層６や前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１として使用してもΔＲＡを例えばＣｏＦｅ合金等を用いる場合に比べて向上させることが出来るが、それでもΔＲＡを９ｍΩμｍ２程度にすることが限界であったのに対し、本発明ではさらに、元素αを加えることで、前記ΔＲＡを従来よりも効果的に向上させることが可能となっている。
【００５９】
ところで、前記元素αは、フリー磁性層６や前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１内で、膜厚方向（図示Ｚ方向）に向けて組成変調していると考えられる。
【００６０】
図３は、図１に示す下側固定磁性層４を構成する前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１から、上側固定磁性層８を構成する前記非磁性材料層側磁性層８ｃ１までの層構造を拡大した部分拡大模式図である。
【００６１】
図３に示す点線領域Ａ，Ｂ，Ｃはいずれも、各磁性層４ｃ１，８ｃ１，６内において前記α元素の組成比が高くなっている箇所を示している。後述する製造方法で示すように、前記フリー磁性層６や前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃは、例えば、Ｃｏ２ＭｎＧｅからなる磁性層と、Ｃｕからなる中間層との積層構造で形成される。熱処理等の原因により、Ｃｏ２ＭｎＧｅは前記中間層内へ、ＣｕはＣｏ２ＭｎＧｅからなる磁性層内へそれぞれ拡散を起こすと考えられる。点線領域Ａ，Ｂ，Ｃは、もともと前記中間層が形成されていた領域であるが上記の拡散により、点線領域Ａ，Ｂ，Ｃ内にも、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｇｅが入り込んでいる。しかし、前記点線領域Ａ，Ｂ，ＣでのＣｕの組成比は他の部位での前記Ｃｕの組成比に比べて大きくなっている。例えば非磁性材料層側磁性層４ｃ１の一つの点線領域Ａを挟んで上下にある領域Ｈ，Ｇの元素αの組成比を考察してみると、領域Ｇでは下面側から前記点線領域Ａに向かうに従って元素αが徐々に大きくなっていると考えられ、一方、領域Ｈでは前記点線領域Ａ上から上方向に向かうに従って元素αが徐々に小さくなっていると考えられる。上記したＣｕからなる中間層は前記Ｃｏ２ＭｎＧｅ磁性層に比較して非常に薄い膜厚で形成されることから、例えば、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１の下面から前記領域Ｇに至るまでの領域Ｉには前記元素αが全く含まれていない可能性がある。例えば下面から上面に向けて、元素αが全く含まれていない領域−元素αが増加する領域−元素αが減少する領域を一周期とし、この周期が複数回、各磁性層４ｃ１，６，８ｃ１で起こっている。前記元素αの組成比が高い領域Ａ，Ｂ，Ｃは、少なくとも各磁性層４ｃ１，６，８ｃ１における上面及び下面には存在しない。各磁性層４ｃ１，６，８ｃ１における上面及び下面に前記元素αの組成比が高い領域Ａ，Ｂ，Ｃが存在すると、ΔＲＡの低下や、強磁性結合磁界Ｈｉｎが大きくなるものと考えられる。
【００６２】
前記Ｃｕの組成比が他の箇所に比べて高くなる領域（点線領域Ａ，Ｂ，Ｃ）が、フリー磁性層６や前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１の膜中に存在することで、バルク散乱係数βとともに、前記Ｃｕの組成比が高くなる前記領域で、ダウンスピンのスピン依存界面散乱を大きくできる効果を期待でき、より適切にΔＲＡを大きく出来ると考えられる。ただし本発明では、前記元素αは、前記磁性合金中に満遍なく拡散されていても、バルク散乱係数βを大きくでき、ΔＲＡを高くできると考えられる。
【００６３】
上記したように、前記元素αの平均組成比は、０原子％より大きく１７．５原子％以下の範囲内である。ここで「平均組成比」とは、フリー磁性層６及び前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１の各層の全域に含まれるＸ，Ｙ，Ｚ及びαの組成比の合計を１００原子％としたときの前記元素αの組成比である。複数の箇所で、各元素の組成比を求め平均化する。
【００６４】
前記αの平均組成比は５．０原子％以上で１５．０原子％以下であることが好ましい。これにより、より適切にΔＲＡを向上させることが出来る。
【００６５】
ところで、図１に示すＣＰＰ型の磁気検出素子において、ΔＲＡの向上のみならず、フリー磁性層６と第２固定磁性層４ｃ，８ｃ間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることも重要である。前記強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくするためには、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層は、前記非磁性材料層５，７との界面に形成されることが好ましい。図１に示す構成では、フリー磁性層６及び前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１が前記ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層で形成されており、前記磁性合金層が、前記非磁性材料層５，７との界面に接して形成されるから、前記強磁性結合磁界Ｈｉｎを適切に小さくすることが出来る。
【００６６】
図２は、ＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成を示す模式図である。図１に示す符号と同じ符号がつけられている層は図１と同じ層を示している。
【００６７】
図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６及び保護層１０の順に積層された構成である。図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子においても、固定磁性層４を構成する非磁性材料層側磁性層４ｃ１及びフリー磁性層６がそれぞれ、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層で形成され、前記αの平均組成比ｄは、０原子％より大きく１７．５原子％以下の範囲内で形成されている。元素Ｘ，Ｙ，Ｚ及びαの具体的な元素の種類や組成比は、上記したとおりである。
【００６８】
前記した組成式がＸａＹｂＺｃαｄからなる磁性合金層は、例えばＸ２ＹＺ型あるいはＸＹＺ型からなるホイスラー合金に元素αを加えた合金である。前記磁性合金層は、Ｌ２１型の結晶構造であることが好ましい。
【００６９】
非磁性材料層側磁性層４ｃ１及びフリー磁性層６がそれぞれ、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層で形成されることで、バルク散乱係数等が大きくなると考えられ、この結果、ΔＲＡを適切に大きくできる。また前記固定磁性層４，８と前記フリー磁性層６間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎも小さくすることができる。また図１，図３で説明したように、非磁性材料層側磁性層４ｃ１及びフリー磁性層６に含まれる元素αは組成変調していてもよい。またＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子は、下からフリー磁性層６、非磁性材料層５、固定磁性層４及び反強磁性層３の順に積層されていてもよい。
【００７０】
図４は、図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００７１】
符号２０は、磁性材料製の下部シールド層２０であり、前記下部シールド層２０上に図２に示す膜構成と同じ構成の多層膜Ｔ１が形成されている。
【００７２】
前記多層膜Ｔ１は、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６及び保護層１０の順で積層されている。図１に示す実施形態では、前記多層膜Ｔ１の両側には絶縁層２７、ハードバイアス層２８及び絶縁層２９が積層されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【００７３】
前記絶縁層２７と前記ハードバイアス層２８間にバイアス下地層（図示しない）が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばＣｒ、Ｗ、Ｗ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金などで形成される。
【００７４】
前記絶縁層２７，２９はＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の絶縁材料で形成されたものであり、前記多層膜Ｔ１内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記多層膜Ｔ１のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層２８の上下を絶縁するものである。
【００７５】
なお前記ハードバイアス層２８，２８は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成される。
【００７６】
絶縁層２９及び保護層１０上には、磁性材料からなる上部シールド層３０が形成される。ＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子では、下部シールド層２０及び上部シールド層３０が電極として機能し、前記多層膜Ｔ１を構成する各層の界面に対し垂直方向に電流を流す電流源となっている。
【００７７】
フリー磁性層６の磁化は、ハードバイアス層２８，２８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層６の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層４の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に固定されている。
【００７８】
フリー磁性層６の磁化方向の変動と、固定磁性層４の固定磁化方向（特に第２磁性層４ｃの固定磁化方向）との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００７９】
図５は図４とは別の構成のＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００８０】
図５では図４のように反強磁性層２が設けられていない。図５は、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層４の磁化が固定される、いわゆる自己固定式の磁気検出素子である。
【００８１】
図５では、前記固定磁性層４の下側に、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗなどの単体元素、あるいはこれらの元素のうち２種以上からなる合金、または、Ｒ―Ｍｎ（ただし元素Ｒは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成された磁歪増強層２２が５Å以上５０Å以下程度の膜厚で形成される。
【００８２】
固定磁性層４の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層４の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層４の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層４の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【００８３】
図５に示される磁気検出素子では、固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａの前記非磁性材料層５側と反対側の面には非磁性金属製の磁歪増強層２２が前記第１固定磁性層４ａに接して設けられている。これによって、第１固定磁性層４ａの特に下面側の結晶構造に歪みを生じさせて第１固定磁性層４ａの磁歪定数λｓを大きくさせている。これによって前記固定磁性層４の一軸異方性は大きくなり、反強磁性層３が形成されなくても前記固定磁性層４をハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に強固に固定できる。
【００８４】
図４，図５では特にシングルスピンバルブ型薄膜素子について説明したが図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子も同様の層構造により形成される。
【００８５】
図６ないし図９は図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成を形成するための製造方法を示す一工程図であり、各図は製造工程中におけるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成の部分模式図である。
【００８６】
図６に示す工程では、下地層１，シード層２，反強磁性層３，固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａ，非磁性中間層４ｂ，非磁性中間層側磁性層４ｃ２までをスパッタ法や蒸着法で成膜する。各層の材質については図１で説明したので図１の説明を参照されたい。
【００８７】
次に図６に示すように、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２上に、非磁性材料層側磁性層４ｃ１をスパッタ法や蒸着法等で成膜する。図６に示すように、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ１上に、組成比がＸ２ＹＺまたはＸＹＺで表される磁性層４０をスパッタ法や蒸着法等で成膜した後、前記磁性層４０の上に、元素αからなる中間層４１をスパッタ法や蒸着法等で成膜する。前記磁性層４０と中間層４１との積層を繰り返し、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１を形成する。
【００８８】
なお、元素ＸはＣｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、元素ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素であり、元素αは、Ｃｕ及び／またはＮｉである。例えば前記磁性層４０をＣｏ２ＭｎＧｅで形成し、中間層４１をＣｕで形成し、Ｃｏ２ＭｎＧｅ／Ｃｕからなる積層構造の非磁性材料層側磁性層４ｃ１を形成する。このとき、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１の最も上面に位置する層を磁性層４０で形成する。
【００８９】
前記中間層４１を１Å〜６Åの範囲内で形成し、前記磁性層４０を１０Å〜２０Åの範囲内で形成することが好ましい。また前記磁性層４０を２層〜４層で形成することが好ましい。
【００９０】
次に図７に示す工程では、前記非磁性材料層側磁性層層４ｃ１上に非磁性材料層５をスパッタ法や蒸着法等で成膜し、前記非磁性材料層５上にフリー磁性層６をスパッタ法や蒸着法等で成膜する。図７に示すように、前記非磁性材料層５上に、組成比がＸ２ＹＺまたはＸＹＺで表される磁性層４２をスパッタ法や蒸着法等で成膜した後、前記磁性層４２の上に、元素αからなる中間層４３をスパッタ法や蒸着法等で成膜する。前記磁性層４２と中間層４３との積層を繰り返し、前記フリー磁性層６を形成する。例えば前記磁性層４２をＣｏ２ＭｎＧｅで形成し、中間層４３をＣｕで形成し、Ｃｏ２ＭｎＧｅ／Ｃｕからなる積層構造のフリー磁性層６を形成する。このとき、前記フリー磁性層６の最も上面に位置する層を磁性層４２で形成する。
【００９１】
前記中間層４３を１Å〜６Å以下の範囲内で形成し、前記磁性層４２を１０Å〜３５Åの範囲内で形成することが好ましい。また前記磁性層４２を３層〜８層の範囲内で形成することが好ましい。
【００９２】
次に図８に示す工程では、前記フリー磁性層６上に前記非磁性材料層７をスパッタ法や蒸着法により成膜した後、前記非磁性材料層７上に上側固定磁性層８の第２固定磁性層８ｃを構成する非磁性材料層側磁性層８ｃ１をスパッタ法や蒸着法により成膜する。図８に示すように、前記非磁性材料層７上に、組成比がＸ２ＹＺまたはＸＹＺで表される磁性層４４をスパッタ法や蒸着法等で成膜した後、前記磁性層４４の上に、元素αからなる中間層４５をスパッタ法や蒸着法等で成膜する。前記磁性層４４と中間層４５との積層を繰り返し、前記非磁性材料層側磁性層８ｃ１を形成する。例えば前記磁性層４４をＣｏ２ＭｎＧｅで形成し、中間層４５をＣｕで形成し、Ｃｏ２ＭｎＧｅ／Ｃｕからなる積層構造の非磁性材料層側磁性層８ｃ１を形成する。このとき、前記非磁性材料層側磁性層８ｃ１の最も上面に位置する層を磁性層４４で形成する。前記中間層４５を１Å〜６Åの範囲内で形成し、前記磁性層４４を１０Å〜２０Åの範囲内で形成することが好ましい。また前記磁性層４４を２層〜４層で形成することが好ましい。
【００９３】
さらに図８に示すように、前記非磁性材料層側磁性層８ｃ１上に非磁性中間層側磁性層８ｃ２をスパッタ法や蒸着法で成膜し、前記非磁性中間層側磁性層８ｃ２上に非磁性中間層８ｂをスパッタ法や蒸着法で成膜し、前記非磁性中間層８ｂ上に第１固定磁性層８ａを成膜する。前記第１固定磁性層８ａ上に反強磁性層９をスパッタ法や蒸着法で成膜し、さらに前記反強磁性層９上に保護層１０を成膜する。
【００９４】
下地層１から保護層１０を積層後、熱処理を施す。これによって前記反強磁性層２，９と固定磁性層４，８を構成する第１固定磁性層４ａ，８ａとの界面に交換結合磁界を発生させ、前記第１固定磁性層４ａ、８ａをハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化させる。また、第１固定磁性層４ａ、８ａと第２固定磁性層４ｃ，８ｃ間にはＲＫＫＹ相互作用が働き、前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃは、前記第１固定磁性層４ａ，８ａの磁化方向と反平行に磁化される。
【００９５】
前記熱処理によって、非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６内では、中間層４１，４３，４５と、磁性層４０，４２，４４とがそれぞれ拡散を起こす。図９に示す点線箇所Ｄ，Ｅ，Ｆは、非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６の各層内において熱処理を施す前、中間層４１，４３，４５が形成されていた領域で、熱処理による拡散現象によっても元素αの組成比が他の部位に比べて高い部分である。このため、元素αは、非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６の各層内において、膜厚方向（図示Ｚ方向）に向けて増減を繰り返す組成変調を起こしている。中間層４１，４３，４５の膜厚は上記のように磁性層４０，４２，４４に比べて非常に薄く形成されることから、元素αは非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６内の全域にわたって拡散せず、前記元素αが全く含まれていない領域が存在する可能性がある。あるいは前記元素αは前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６内の全域にわたって拡散することもありえるが、いずれにしても上記した製造方法では、前記元素αは膜厚方向に向けて組成変調を起こしているものと考えられる。
【００９６】
上記した各中間層４１，４３，４５を上記の膜厚内で形成し、さらに磁性層４０，４２，４４を上記した膜厚及び層数で形成することで、非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６内における元素αの平均組成比を、適切に０原子％よりも大きく１７．５原子％以下の範囲内に調整できる。
【００９７】
図６ないし図９に示すＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法では、組成比がＸ２ＹＺまたはＸＹＺで表される磁性層と、元素αからなる中間層とを交互に積層して、非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６を成膜することで、ΔＲＡを大きく出来るＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子を特に既存の製造設備を変更することなく簡単な製造方法にて形成できる。特に、組成比がＸ２ＹＺまたはＸＹＺで表される磁性層と、元素αからなる中間層とを交互に積層することで、非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６内には、元素αが膜厚方向に組成変調を起こし、元素αの組成比が高い領域にて、ダウンスピンのスピン依存界面散乱が大きくなると考えられることから効果的に、ΔＲＡを大きく出来ると考えられる。
【００９８】
なお前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６をそれぞれ、Ｘ，Ｙ，Ｚ，αの元素からなるターゲットによって単層で形成してもよい。このとき、前記元素αは、非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６内に膜厚方向に向けて満遍なく（特に組成変調を起こす事無く）含まれることになると考えられる。
【００９９】
上記した実施形態では、非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１及びフリー磁性層６の双方を、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層で形成していたが、どちらか一方であってもよい。
【実施例】
【０１００】
図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子を製造した。
基本膜構成は、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；ＮｉＦｅＣｒ（５０）／下側反強磁性層３；ＩｒＭｎ（７０）／下側固定磁性層４［第１磁性層４ａ；Ｆｅ３０原子％Ｃｏ７０原子％（３０）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層４ｃ］／非磁性材料層５；Ｃｕ（４３）／フリー磁性層６／非磁性材料層７；Ｃｕ（４３）／上側固定磁性層８［第２磁性層８ｃ／非磁性中間層８ｂ；Ｒｕ（９．１）／第１固定磁性層８ａ；Ｆｅ４０原子％Ｃｏ６０原子％（３０）］／上側反強磁性層９；ＩｒＭｎ（７０）／保護層１０；Ｔａ（２００）であった。
【０１０１】
第２固定磁性層４ｃを、Ｆｅ４０原子％Ｃｏ６０原子％（１０）／Ｃｏ２ＭｎＧｅ（４０）の積層構造で形成し、第２固定磁性層８ｃを、Ｃｏ２ＭｎＧｅ（４０）／Ｆｅ４０原子％Ｃｏ６０原子％（１０）の積層構造で形成した。括弧内の数値は膜厚を示し単位はÅである。
【０１０２】
実験では、前記フリー磁性層６を図７と同様に磁性層４０と中間層４１との積層構造で形成したサンプル（サンプル１〜９）と、磁性層４０を複数積層したサンプル（サンプル１０〜１２）を用意にした。サンプル１〜９に関しては、磁性層４０の膜厚や層数、中間層４１の材質や膜厚を種々変化させた。各サンプルにおけるフリー磁性層６を以下の表１のように形成した。なお以下の表１に示すフリー磁性層６の膜構成は前記フリー磁性層を成膜した段階（熱処理前）での膜構成であり、このあと熱処理等を施した。
【０１０３】
【表１】
2006245208.tif 000003
【０１０４】
各サンプルを、中間層４１に使用されたＣｕ（１．０）、Ｃｕ（２．０）、Ｆｅ（２．０）、Ｎｉ（２．０）及び中間層なしにグループ分けし、各グループにおけるフリー磁性層内のＣｏ２ＭｎＧｅの層数とΔＲＡとの関係を求めた。その実験結果を図１０に示す。
【０１０５】
図１０に示すように中間層４１を設けずＣｏ２ＭｎＧｅを多層化したサンプル１０，１１，１２は、Ｃｏ２ＭｎＧｅの層数を変えてもほとんどΔＲＡは変化しないことがわかった。
【０１０６】
一方、中間層４１としてＦｅ（２．０）を使用したサンプル６，７では、ΔＲＡが、中間層４１を設けないサンプル１０，１１，１２に比べて低くなった。
【０１０７】
また、中間層としてＮｉ（２．０）を使用したサンプル８，９では、ΔＲＡが、中間層４１を設けないサンプル１０，１１，１２に比べて高くなる場合があった。
【０１０８】
さらに、中間層４１としてＣｕ（１．０）及びＣｕ（２．０）を使用したサンプル１〜５では、ΔＲＡが、中間層４１を設けないサンプル１０，１１，１２に比べて高くなった。
【０１０９】
図１０に示す実験結果から、中間層４１としてはＣｕかあるいはＮｉを用い、特にＣｕを中間層４１として用いることが好ましいことがわかった。
【０１１０】
次に上記した基本膜構成を用いて、フリー磁性層６の膜構成が以下の表２からなる複数のサンプルを形成した。
【０１１１】
【表２】
2006245208.tif 000004
【０１１２】
各サンプルに対し熱処理を行なった後、各サンプルのフリー磁性層６内に占めるＣｕの平均組成比を求め、前記Ｃｕの平均組成比とΔＲＡとの関係について求めた。その実験結果を図１１に示す。
【０１１３】
図１１に示すように、フリー磁性層６をＣｏ２ＭｎＧｅのみで形成し膜中にＣｕを含まない場合（Ｃｕ組成比が０原子％のとき）に比べて、前記フリー磁性層６中にＣｕを０原子％よりも大きく１７．５原子％以下含有させることで、ΔＲＡを大きく出来ることがわかった。また、前記Ｃｕの平均組成比を５．０原子％以上で１５．０原子％以下に設定すれば、確実に、フリー磁性層６をＣｏ２ＭｎＧｅのみで形成し膜中にＣｕを含まない場合に比べて、ΔＲＡを大きく出来ることがわかった。
【０１１４】
またフリー磁性層６を磁性層４０と中間層４１との積層構造で形成するとき、前記中間層４１の膜厚を、１Å〜６Å程度で形成することが好ましいとわかった。またこのとき、表１，表２から、磁性層４０の膜厚を、１０Å〜３５Å程度で形成し、さらに前記磁性層４０の層数を３層〜８層程度にすることが好ましいことがわかった。
【０１１５】
次に上記した基本膜構成を用いて、フリー磁性層６及び第２固定磁性層４ｃ，８ｃの膜構成が以下の表３からなる複数のサンプルを形成した。
【０１１６】
【表３】
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【０１１７】
表３に示すようにサンプル１３〜１６では、フリー磁性層６の膜構成が全て統一されている。一方、サンプル１３〜１６では、第２固定磁性層４ｃ，８ｃを成膜するときに、Ｃｏ２ＭｎＧｅからなる磁性層の膜厚の合計が４０Åとなるように個々の磁性層の膜厚及び層数を変化させた。サンプル１７では、フリー磁性層６及び第２固定磁性層４ｃ，８ｃをＣｏ２ＭｎＧｅとＣｕとの積層構造で形成しなかった。上記基本膜構成を形成した後、熱処理を施した。
【０１１８】
図１２に示すように、第２固定磁性層４ｃ，８ｃのＣｏ２ＭｎＧｅの層数を、２層〜５層とすれば、前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃにＣｏ２ＭｎＧｅを一層しか設けない場合に比べてΔＲＡが向上することがわかった。また、第２固定磁性層４ｃ，８ｃのＣｏ２ＭｎＧｅの層数を、２層〜４層の範囲内にすれば、前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃにＣｏ２ＭｎＧｅを一層しか設けない場合に比べて確実にΔＲＡが向上することがわかった。
【０１１９】
次に、上記した基本膜構成を用いて、フリー磁性層６及び第２固定磁性層４ｃ，８ｃの膜構成が以下の表４からなる複数のサンプルを形成した。
【０１２０】
【表４】
2006245208.tif 000006
【０１２１】
表４に示すサンプル１８〜２３の各第２固定磁性層４ｃ，８ｃを構成するＣｏＭｎＧｅ（磁性層）の組成比を、Ｃｏ；５０（原子％）Ｍｎ；２６（原子％）Ｇｅ；２４（原子％）とし、また、前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃとフリー磁性層６間に介在する非磁性材料層５，７をＣｕで４３Å形成した。
【０１２２】
表４に示すサンプルサンプル２４〜２９の各第２固定磁性層４ｃ，８ｃを構成するＣｏＭｎＧｅ（磁性層）の組成比を、Ｃｏ；４９（原子％）Ｍｎ；２６（原子％）Ｇｅ；２５（原子％）とし、また、前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃとフリー磁性層６間に介在する非磁性材料層５，７をＣｕで５０Å形成した。
【０１２３】
なおサンプル１９〜２３及び２５〜２９のフリー磁性層６の膜構成は、ＣｏＭｎＧｅ（磁性層）とＣｕ（中間層）との積層構造で形成されている。一方、サンプル１８及び２４では、前記フリー磁性層６の膜構成はＣｏＭｎＧｅの単層構造で形成される。
【０１２４】
各サンプルの上記基本膜構成を形成した後、熱処理を施した。
サンプル１９〜２３をグループＡとし、前記グループＡでの各サンプル１９〜２３における第２固定磁性層４ｃ，８ｃ中に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数と、ΔＲＡとの関係、及び前記ＣｏＭｎＧｅの層数と、強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係について調べた。なお、サンプル１８のΔＲＡと強磁性結合磁界Ｈｉｎもグラフ上に載せた。
【０１２５】
また、サンプル２５〜２９をグループＢとし、前記グループＢでの各サンプル２５〜２９における第２固定磁性層４ｃ，８ｃ中に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数と、ΔＲＡとの関係、及び前記ＣｏＭｎＧｅの層数と、強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係について調べた。なお、サンプル２４のΔＲＡと強磁性結合磁界Ｈｉｎもグラフ上に載せた。
【０１２６】
まずΔＲＡについて、図１３に示すように、グループＡでは、サンプル１８よりも大きいΔＲＡを得るには、第２固定磁性層４ｃ，８ｃ中に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数を、１〜３層にすることが好ましいことがわかった。またグループＢでは、サンプル２４よりも大きいΔＲＡを得るには、第２固定磁性層４ｃ，８ｃ中に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数を、１〜４層にすることが好ましいことがわかった。
【０１２７】
次に、強磁性結合磁界Ｈｉｎについて、図１３に示すように、グループＡでは、サンプル１８よりも小さい強磁性結合磁界Ｈｉｎを得るには、第２固定磁性層４ｃ，８ｃ中に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数を、２層以上にすることが好ましいことがわかった。また、グループＢでは、サンプル２４よりも小さい強磁性結合磁界Ｈｉｎを得るには、第２固定磁性層４ｃ，８ｃ中に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数を、３層以上にすることが好ましいことがわかった。このことから、前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃを成膜するとき、ＣｏＭｎＧｅの層数を２〜４層程度で形成することがΔＲＡを向上させるとともにＨｉｎを小さくできて好ましいことがわかった。
【０１２８】
また上記した各実験から、フリー磁性層６を磁性層と中間層との積層構造で形成するとき、中間層（Ｃｕ）を１〜６Å程度で形成し、磁性層（ＣｏＭｎＧｅ）を１０Å〜３５Å程度で形成し、さらに前記磁性層の層数を３層〜８層程度に調整することが好ましいことがわかった。
【０１２９】
一方、第２固定磁性層４ｃ，８ｃを磁性層と中間層との積層構造で形成するとき、中間層（Ｃｕ）を１〜６Å程度で形成し、磁性層（ＣｏＭｎＧｅ）を１０Å〜２０Å程度で形成し、さらに前記磁性層の層数を２層〜４層程度に調整することが好ましいことがわかった。
【０１３０】
上記により、前記フリー磁性層６や第２固定磁性層４ｃ，８ｃに形成された、組成式が、ＸａＹｂＺｃαｄで表される磁性合金層中の元素αの組成比ｄを、０原子％より大きく１７．５原子％以下の範囲内に適切に調整することが可能になり、ΔＲＡが大きく、さらに強磁性結合磁界Ｈｉｎの小さい磁気検出素子を製造できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た模式図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た模式図、
【図３】図１に示す下側固定磁性層の非磁性材料層側磁性層から、上側固定磁性層Ｎお非磁性材料層側固定磁性層までの層構造を拡大した部分拡大模式図、
【図４】図２に示す磁気検出素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図５】図４とは異なる層構造の磁気検出素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図６】図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を説明するための一工程図（模式図）、
【図７】図６の次に行なわれる一工程図（模式図）、
【図８】図７の次に行なわれる一工程図（模式図）、
【図９】図８の次に行なわれる一工程図（模式図）、
【図１０】フリー磁性層内の磁性層（ＣｏＭｎＧｅ）の層数と、ΔＲＡとの関係を、中間層として、Ｃｕ（１．０）、Ｃｕ（２．０）、Ｆｅ（２．０）、あるいはＮｉ（２．０）を用いた場合、及び中間層を形成しなかった場合のそれぞれにおいて求めたグラフ、
【図１１】フリー磁性層中のＣｕ組成比とΔＲＡとの関係を示すグラフ、
【図１２】第２固定磁性層を、磁性層（ＣｏＭｎＧｅ）と中間層（Ｃｕ）との積層構造で形成し、前記第２固定磁性層内に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数とΔＲＡとの関係を示すグラフ、
【図１３】第２固定磁性層を、磁性層（ＣｏＭｎＧｅ）と中間層（Ｃｕ）との積層構造で形成し、前記第２固定磁性層内に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数とΔＲＡとの関係、及び第２固定磁性層内に含まれるＣｏＭｎＧｅの層数と強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１３２】
１  下地層
２  シード層
３、９  反強磁性層
４、８  固定磁性層
４ｃ１、８ｃ１  非磁性材料層側磁性層
４ｃ２、８ｃ２  非磁性中間層側磁性層
５、７  非磁性材料層
６  フリー磁性層
１０  保護層
４０、４２、４４  磁性層
４１、４３、４５  中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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